牛瑞芳
(神东煤炭集团环保管理处,陕西 神木 017209)
水资源的缺乏和水污染日益严重,这不仅是一个世界问题,同时,也是我国目前需要面临和急需解决的比较严峻的问题。我国的人均水占有量仅是世界平均水平的四分之一。而且煤矿的开采,能源的开发,同时又给水资源带来了无穷的隐患。煤矿工业需要顺利的发展,同时解决好煤矿产生能源的同时又产生大量的污染,的确是一项重要的课题。回顾中国的能源结构,煤炭产业仍占整个结构的70%以上。而煤炭在开采的过种中所排放的大量的废水,废气,就目前的情况讲,大多数煤碳企业仍没有技术能力或技术设施对排出的废水进行有效的处理,而是直接的排放。不仅对周围的环境,同时对矿区附近的水环境都造成了严重浸染。调查数据统计表明,我国煤矿平均每采一吨煤需排放水量为 2.0-2.5 吨。2003年全国产煤 16.67亿吨,实际排放水量就得达到34-42亿吨,大约占全国工业废水排放的15%以上。“产煤致渴”已经成为我国水资源要面临的严峻问题。
矿井水主要来源由伴随矿井开采而产生的地表渗透水、岩石孔隙水、矿坑水、地下含水层的疏放水、以及井下生产中防尘、灌浆、充填和洗煤厂污水。通常情况下,矿井水的酸碱度值在7到8之间,属于弱碱性水。对于含硫的矿井水,其中二氧化硫一般含量会很多,所以属酸性水。在含有硫成份的矿井中,由于矿石或周围的岩石以及含硫的煤层中含有硫化物的矿物质。这些矿物质经过氧化、分解同时溶解于矿井水中,所以形成酸性水。特别是在在开采巷道中,在大量的渗入地下水和通风条件良好的情况下,为硫化矿物质的氧化、分解提供了特别有利的氧化环境。地下开采,特别是水力采煤和水沙充填采煤法排放的污水更是不能忽视。据统计,如果不考虑这些废水利用,每产1吨矿石,废水排放量为1立方米左右;生产1吨原煤大概要从井下排出废水0.5~10立方米,最高的情况下可以达到60立方米。特别值得一提的事,在一部分煤矿已经关闭后,同时还会存在大量的废水继续污染矿区的环境。
煤矿的水污染大概可分为矿物质污染,有机物质污染以及细菌产生的污染这几类。在一部分矿区还存在放射性染污和热污染。矿物质污染分为砂尘、泥土、矿物质杂质、粉尘、被溶解的盐、酸性和碱性污染等等;有机物质污染分为煤炭的颗粒、油污、生物生命的代谢产物、木材还有其他物质等被氧化后的产物;细菌污染主要来源于在开发,采运中过程中的岩石粉末、煤粉末等的污染,使水出现灰色及黑色,浑浊以及水面上悬浮着的油污,同时散发出微量腥臭及活体生物腐烂的味道。对水质进行分析和检验的结果表明:采矿过程中,化学损耗氧量越大、细菌及大肠杆菌含量越大,对排放的水的污染就越大。如果对排放水的污染视而不见,任其外排。对环境的污染是无法估计的。
山西省是我国产煤的大省,以山西省为例,本文作者通过查找资料,列举如下数据,山西省因煤矿的开采对相应的水资源已达方圆20352平方公里的破坏,占山西省总土地面积的百分之十三左右。本省部分农村用水及特征畜吃水依靠的是煤系裂隙水,而煤矿的开采已经严重破坏了该层段的含水层。据数据统计,山省由于煤矿采煤排出的废水已经引起矿区水位的下降,导致地下泉水流量的下降,甚至有的已经断流,使将近几百万百姓及几十万牲畜的饮水的安全及饮水量都都产生了危急。所以煤矿的废水污染问题真是该到提到日程上的时候了。
2.1 煤矿排出废水的共同特点
煤矿排出废水的水质一般情况下与城市排污的水质基本相同,但也有不同之处。煤矿的废水来源于矿井的涌出水、煤场和矸石场淋溶废水等。从酸碱度的角度分为酸性的矿井及以非酸性的矿井水两大类;选矿时排出的废水或洗煤过程排出的废水,除了含有大量悬浮的矿物质粉开以及金属离子之外,可能还含有许多浮选剂。在悬浮的颗粒物中含量每升可达几万甚至十几万毫克。洗煤产生的废水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合而成的一种多项目体系。洗煤产生的废水中含有煤泥颗粒(粗煤泥颗粒05-1毫米,细煤泥颗粒0-5毫米),粘土颗粒以及矿物质等。洗煤产生的废水一般含有SS、BOD5浓度比较高。由此,煤泥水不仅具有悬浊液的性质,还常常带有胶粘性;细煤泥颗粒、粘土颗粒等粒度非常小,不容易沉淀,即使是同——矿井,对于不同的煤层,废水的性质也不尽相同,有时甚至有很大的差别。这些性质决定了这类废水的污染之严重、处理的难度增大的特点。
2.2 采煤排出废水的主要污染成份分析
我们所说的染污是指一种物质流入水里后是否引起水里成份的严重改变,而且这种改变是能引起水的性质的改变。下面就煤矿排出废水的成份中污染物进行分析:
2.2.1 有机物污染
由于煤矿废水池的水的流动性慢,特别容易池中植物腐烂,这些植物的腐烂就会使大量的有机成分排入水中。另外,分析实验室及洗煤厂排出的大量的废水中同样也含有酚、甲酚以其他酚类的有机物。这种有机物对水的污染是相当严重的。
2.2.2 采煤机械流出的油类的污染
油污染是煤矿中特别普遍的一种污染,含油的废水形成油膜,可以改变土壤的结构,破坏土质,同时会使农作物枯萎甚至死亡。
2.2.3 酸碱性污染
酸碱性污染是水污染中极其普遍的现象,酸碱废水排入水体后,使水体酸碱值发生了变化,抑制细菌和微生物的生长。同时妨碍水体进行自净,也可以腐蚀水里的船舶和水下建筑。破坏正常的生态环境。
我国对于煤矿污水的控制及重要始于上个世纪七十年代,但大多数煤矿对于污染的控制还只是停留在为排放而治理的情况下,实质上对于污水的回用才是治理的最终目标及趋势。对于污水的防治和回水再用相结合,既可以解决我国水资源紧缺的问题,同时又可以减少地表水的污染问题。许多大型煤矿正努力向这个目标努力,努力达到排放标准,向国际化迈进。
3.1 煤矿废水污染控制
为了解决煤矿废水造成的危害,必须采取各种措施和方法,严格控制废水排放,减少废水对周围煤矿水资源破坏。
污染防治具体措施:
3.1.1 超前开采利用疏干水。在煤矿开采前或开采过程中,对即将被疏干或破坏的含水层,选择合适的疏干方式,统筹安排,充分利用或储存疏干水,既能满足煤炭开采的需要,又可解决供水水源的问题。
3.1.2 建立反渗透帷幕。在开采地段周围设置一道封闭的反渗透围墙,用于防止地下水流入矿坑或井巷,保护地下水不枯竭、不被污染,使地下水仍保持或接近天然状态。
3.1.3 填堵导水通道。对塌陷的地质构造形成的含水层及井巷导水通道,采用回填、注浆等方法封堵。对渗漏严重的河床采取河流改道、修整河底的方法,即可减少矿井涌水又可保持水资源。
一水多用即循环用水法。所使用的循环供水系统即将废水在生产范围内多次并重复的利用,不仅能减少排放量减轻对环境的污染,同时又减少了新水的扑入,大量的节约水资源。要积极开展水采矿井煤泥水处理技术的研究,使水采煤泥和洗煤厂煤泥经浮选后全部厂内回收。使井下采煤与洗煤厂有机结合成一体,一是可回收大量的精煤;二是保证洗煤厂洗煤用水的同时,可实现洗水闭路循环,既可节约用水,又可节约清水;三是减少了污水的外排,保护了环境,同时还能取得良好的经济效益和社会效益。
井下污水处理。目前推广的经济型水泵工艺或区域化水泵工艺所采用的煤泥水处理系统都是按闭路循环设计的。在井下中央硐室采用斜管沉淀仓对采区分级脱水后的煤泥水进一步净化处理,大部分煤泥水净化后在井下供采掘循环使用。只有少部分经过浓缩后的高浓度煤泥水用小流量高扬程煤泥泵排至地面入洗煤厂或脱水厂处理。对于小型煤矿,地面无洗煤厂,就把所产生的煤泥水都在井下中央硐室处理,中央硐室采用浓缩旋流器和高频振动筛对煤泥水进一步处理,可以做到煤泥水不升井。在大中型矿井中工作的转载机、采煤机、掘进机等使用的液压油、齿轮油以及液压支架使用的乳化液。由于管理不善产生泄露,随矿井水排至地面污染环境。应采取如下措施:一是要加强对设备的管理;二是要完善各类用油设备的密封性能,防止漏油;三是研究开发水介质单体液压支柱,不使用乳化液。对于井下防灭火的灌浆和水砂充填处理采空区的充填污水,可在井底硐室处理后循环使用。
传统方法对污水进行处理主要采取石灰澄清、重碳酸化、絮凝、沉降、过滤和气等方法。根据污水中,具体的污染的成份的不同采取的方法也各有差异。传统方法处理存在着工艺较复杂、净水后利用率较低、使用的化学物品相对消耗量增大等弊端,由于没有办法彻底去除生物絮体以及胶体等物质,致使清洗必须频繁,从而影响出水的水质。
4.1 对于酸性水的净化及处理工艺
在酸性水中加入碱性缓蚀剂进行中和,把酸性水中有有益的成分如金属离子进行回收,从而改变水的性质。对于没有回收价值的酸性水。目前国内的大多数煤矿基本都采取中和法,用石灰或石灰厂做为中和剂加以中和。通常有三种工艺:一是直接投加石灰法,将石灰配制成石灰乳,投入反应沟,流入反应池,对水中的Fe2+,要进行曝气氧化,中和生成物CaSO4。和Fe(OH)2,在沉淀池中沉淀后除去;一是石灰石中和滚筒法,将石灰石置于滚筒内,由于滚筒的旋转,石灰石相互撞击摩擦,破坏其表面生成的难溶性CaSO2。膜,扩大酸性水与石灰石的接触面,使中和反应继续进行下去,生成的CO:以及水中原有的Fe2+要以曝气池曝气,促使CO:从水中溢出,使Fe2+离子氧化成Fe3+离子,后者水解后生成沉淀除去;三是升流式变滤速膨胀中和法,将细颗粒石灰石或白云石装入圆锥体形的中和塔,水流自下而上通过滤料,滤速下部快上部慢,中和反应得以充分进行,出水含有CO:经曝气装置吹脱后,pH值升高时,Fe2+离子也被氧化为Fe3+离子去除。
4.2 含有毒有害元素或放射性元素矿井水的净化处理。首先去除悬浮物,然后对其中不符合标准水质的污染物进行处理,对含氟水,可用活性氧化铝吸附除去氟,也可用电渗析法除盐的同时除氟。含铁、锰水,通常采用混凝、沉淀、吸附、离子交换和膜技术等处理方法。实际矿井水大多数为复合型水,在设计水处理工艺时必须查清水质和水量,然后考虑水处理单元操作的取舍和优化组合。通常矿井水都含有或多或少的悬浮物,因此含悬浮物的处理工艺对于任何类型中对地下水资源的保护措施,留设足够有效的防水的矿井水都是处理前的第一步骤。
4.3 上世纪90年代以来污水生物处理新工艺、新技术的研究开发应用取得了很大成就,许多新工艺应运而生,这些新工艺的共同特点是:高效、稳定、节能,并具有脱氮除瞵等多功能。较典型的工艺有:
4.3.1 A2/O 工艺
该工艺是厌氧,缺氧,好氧生物脱氨除磷工艺的简称,是70年代由美国专家在厌氧一好氧除磷工艺(A/O)的基础上开发的。
4.3.2 SBR工艺(序列间歇式活性污泥法)是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术,又称序批式活l哇=污泥法
4.3.3 BAF工艺(曝气生物滤池工艺)
是90年代初开发的新型微生物附着型污水处理技术,能同时完成生物处理与固液分离,通过调整滤池结构形式而成为具有脱氮除磷功能的组合工艺。BAF作为一种膜法污水处理新工艺,与传统活性污泥法和接触氧化法相比,具有以下的优点:
具有较高的生物浓度和较高的有机负荷;工艺简单、出水水质好;抗冲击负荷能力强。由于整个滤池中分布着较高浓度的微生物,其对有机负荷、水力负荷的变化不象传统活性污泥那么敏感,同时无污泥膨胀问题;氧的传输效率高;易挂膜、启动快;菌群结构合理;自动化程度高;脱氛效果好。
4.3.4 连续膜过滤技术
CMF技术的核心是高抗污染膜以及与之相配合的膜清洗技术,可以实现对膜的不停机在线清洗清洗,从而做到对料液不间断连续处理,保证设备的连续高效运行。
CMF目前主要用于大型城市污水处理厂二沉池生水的深度处理回用,海水淡化或大型反渗透系统的预处理。地表水地下水净化、饮料澄清除浊等。
4.3.5 膜生物反应器
膜生物反应器是膜分离技术和生物技术结合的新工艺。用在污水废水处理领域,利用膜件进行固液分离,截留的污泥或杂质回流至(或保留)在生物反应器中,处理的清水透过膜排水,构成了污水处理的膜生物反应器系统,膜组件的作用相当于传统污水生物处理系统中的二沉。MBR MBR中使用的膜有平板膜、管式膜和中空纤维膜,目前主要以中空纤维膜为主。
4.3.6 反渗透技术
反渗透技术始于二十世纪六十年代,是一种以压力为驱动力的膜分享技术。这种技术是一种从海水、苦成水进行淡化而发展起来的。也叫化淡化技术。本技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、占地面积小、投资小、能耗低等特别。所以发展非常快。应用也非常广。
建设文明矿区,共同维护我们的绿色家园,是每一个企业及每一个个人都必须从我做起的目标。我们不能为经济的发展,大力开发的同时,给后人留下大量的隐患。在科技发达的今天。我们务必将工业的发展及绿色环保齐头并进。
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